18.2:
Duplicación de la estructura de la cromatina
The process of chromosome duplication during cell division requires genome-wide disruption and re-assembly of chromatin. The chromatin structure must be accurately inherited, reassembled, and maintained in the daughter cells to ensure lineage propagation.
The basic unit of the chromatin is the nucleosome, consisting of DNA wrapped around octameric histone proteins and short stretches of linker DNA separating individual nucleosomes. The histone proteins within the nucleosome have their N-terminal ends protruding out of the core, providing sites for various covalent modifications that regulate chromatin structure and function.
During replication, as the DNA unwinds, parental nucleosomes are disrupted, and histone proteins are released. As replication progresses and daughter strands form, the parental histones and the additional histone proteins synthesized during S-phase are assembled, allowing the formation of nucleosomes.
The post translational modifications of the histones and other epigenetic domains in the DNA are also faithfully reproduced in the daughter genome.
Within a cell, the major portion of the genome remains inaccessible to transcription factors, as the regulatory and coding DNA sequences exist mostly concealed within the nucleosomes. For a gene to express, it is necessary to create accessible sites for transcription factors to bind and also to modify the histones to reorganize the chromatin structure and create an environment permissive for transcription.
Specific regulatory factor complexes are involved in opening up localized regions of the chromatin by displacement or disruption of nucleosomes. Post-translational modifications of the histone tail serve to maintain either an active or inactive transcriptional state. Specific modifications at the histone tail can ease the level of DNA compaction, facilitating the destabilization and displacement of nucleosomes, providing access for transcription machinery to influence gene expression.
El material genético, el ADN, en una célula eucariota existe dentro del núcleo como estructuras lineales llamadas cromosomas.
Dentro de los cromosomas, el ADN bicatenario se envuelve principalmente alrededor de proteínas nucleares octaméricas llamadas histonas para formar nucleosomas. Varias proteínas no histonas también se asocian con el ADN, ayudando en el empaquetamiento del ADN.
Estos nucleosomas y proteínas no histonas se organizan para formar bobinas que se pliegan en bucles, en una matriz, formando cromatina empaquetada. El grado de compactación de la cromatina permite que un ADN extremadamente largo quepa dentro del núcleo. Durante la fase M, la cromatina se enrolla aún más para formar los cromosomas condensados.
La duplicación cromosómica implica la duplicación de toda la estructura de la cromatina, por lo que el ADN y las proteínas asociadas a la cromatina se duplican. La producción de histonas se incrementa para generar las proteínas adicionales necesarias para empaquetar el ADN recién sintetizado en cromosomas.
Replicar la estructura exacta de la cromatina del cromosoma duplicado es vital para la regulación génica.
Dentro de los cromosomas, el nivel de empaquetamiento de la cromatina no siempre es uniforme. Los cromosomas contienen regiones con cromatina muy compacta llamada heterocromatina y regiones con cromatina poco compacta llamada eucromatina.
El ADN de la heterocromatina es inaccesible a la maquinaria de transcripción y, por lo tanto, los genes en esas regiones no se transcriben regularmente. Por el contrario, el ADN dentro de la eucromatina es más accesible y, por lo tanto, los genes en estas regiones se pueden transcribir.
Esta importancia estructural y funcional de la cromatina hace que sea crucial que toda la estructura de la cromatina se reproduzca con precisión durante la duplicación cromosómica.
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